3-9- انرژی آزاد گیبس اضافی فعالسازی G*E55
3-10- محاسبه حجمهای مولی جزیی و حجمهای مولی جزیی اضافی59
فصل چهارم : بحث و نتیجهگیری67
4-1- تغییرات حجم اضافی مخلوطها67
4-2- بررسی تغییرات انحراف گرانروی (??) مخلوطها71
4-3- بررسی تغییرات انرژی آزاد گیبس اضافی فعالسازی G*E76
-3- بررسی تغییرات ضریب انبساط پذیری دمایی همفشار78
4-4- حجمهای مولی جزئی و حجمهای مولی جزئی اضافی مخلوطهای دو جزئی81
فصل پنجم: نتیجه گیری کلی86
نتیجه‌گیری86
پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی88
مراجع89
عنوان فهرست جداول صفحه
جدول3-1- مواد مصرف شده ، نام شرکت و درجه خلوص34
جدول 3-2- چگالی ترکیبات خالص در دمای 298.15 با توجه به مراجع ذکر شده37
جدول 3-3- چگالی سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در کسر مولی های مختلف38
جدول3-4- چگالی سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در کسر مولی های مختلف39
جدول 3-5- چگالی سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در کسر مولی های مختلف40
جدول 3-6- حجم مولار اضافی V_m^Eبرای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف42
جدول 3-7- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد V_m^E برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن42
جدول 3-8- حجم مولار اضافی V_m^E برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف43
جدول 3-9- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد V_m^E برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن43
جدول 3-10- حجم مولار اضافی ? V?_m^Eبرای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف44
جدول 3-11- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد V_m^E برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن44
جدول 3-12- مقادیر حجم مولار اضافی،انحراف استاندارد و پارامتر برهمکنش برای سیستمهای دوتایی توسط تئوری پریگوگن-فلوری- پترسون در دماهای مختلف45
جدول 3-13- مقادیر ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف46
جدول 3-14- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن46
جدول 3-15- مقادیر ضرایب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف47

جدول 3-16- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن47
جدول 3-17- مقادیر ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن در دماهای مختلف48

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

جدول 3-18- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + + نیتروبنزن48
جدول 3-19- شمارههای کاپیلار جهت اندازه گیری گرانروی مایعات مختلف50
جدول 3-20- گرانروی ترکیبات خالص در دمای 298.15 کلوین با توجه به مراجع ذکر شده50
جدول 3-21- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن52
جدول 3-22- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن52
جدول 3-23- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن53
جدول 3-24- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن53
جدول 3-25- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن54
جدول 3-26- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن54
جدول 3-27- مقادیر G^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف56
جدول 3-28- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد G^(*E)برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن56
جدول 3-29- مقادیرG^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف57
جدول 3-30- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استانداردG^(*E)برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن57
جدول 3-31- مقادیر? G?^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف58
جدول 3-32- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استانداردG^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن58
جدول 3-33- حجم مولی ترکیبات خالص در سه دما60
جدول 3-34- حجم مولی جزیی V_(m,1) وV_(m,2) برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف61
جدول 3-35- حجم مولی جزیی V_(m,1) وV_(m,2) برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف62
جدول 3-36- حجم مولی جزیی V_(m,1) وV_(m,2) برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف63
جدول 3-37- حجم مولی جزیی اضافی V_(m,1)^E و V_(m,2)^E برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف64
جدول 3-38- حجم مولی جزیی اضافی V_(m,1)^E و V_(m,2)^E برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف65
جدول 3-39- حجم مولی جزیی اضافی V_(m,1)^E و V_(m,2)^E برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف66
عنوان فهرست اشکال صفحه

شکل-2-1- سیالی که بین دوصفحه جریان دارد 7
شکل-2-2- گرانرومتر استوالد9
شکل-2-3- دستگاه اندازه گیری گرانروی با روش استوک10
شکل-2-4- ساختار گرانرومترشات گراته11
شکل-2-5- پیکنومتر پر شده با مایع رنگی13
شکل-2-6- تصویر لوله Uشکل15
شکل-2-7- ارتعاش نوسانگر16
شکل-2-8- تغییرات حجم محلول بر اثر افزایش یک مول حلشونده32
شکل-3-1- دستگاه چگالی سنج آنتون پار35
نمودار 3-2- نمودار تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف38
نمودار 3-3- تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 39
نمودار 3-4- تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف40
نمودار4-1- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف67
نمودار4-2- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف68
نمودار4-3- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف68
نمودار4-5- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان با حلشونده ها در 15/298 کلوین70
نمودار4-6- تغییرات گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف72
نمودار4-7- تغییرات گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف72
نمودار4-8- تغییرات گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف73
نمودار4-9- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف73
نمودار4-10- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف74
نمودار4-11- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف74
نمودار4-12- تغییرات ? G?^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف76
نمودار4-13- تغییرات ? G?^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف76
نمودار4-14- تغییرات ? G?^(*E) برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف77
نمودار4-15- تغییرات ضرایب انبساط دمایی و ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف78
نمودار 4-16- تغییرات ضرایب انبساط دمایی و ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف79
نمودار 4-17- تغییرات ضرایب انبساط دمایی و ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف79
نمودار 4-18- تغییرات حجم مولی جزئی سولفولان برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف81
نمودار 4-19- تغییرات حجم مولی جزئی کلروبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف82
نمودار 4-20- تغییرات حجم مولی جزئی سولفولان برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف83
نمودار 4-21- تغییرات حجم مولی جزئی بروموبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف83
نمودار 4-22- تغییرات حجم مولی جزئی سولفولان برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف84
نمودار 4-23- تغییرات حجم مولی جزئی نیتروبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 84
نمودار 4-24- تغییرات حجم مولی جزئی اضافی جزء اول برای سیستمهای دوتایی در 15/298 درجه کلوین85
نمودار 4-25- تغییرات حجم مولی جزئی اضافی جزء دوم برای سیستمهای دوتایی در 15/298 درجه کلوین85
فصل اول: مقدمه
مخلوطهای دوتایی
محلول به ترکیب همگن دو یا چند ماده گفته می‌شود منظور از ترکیب همگن این است که اجزای تشکیل دهنده مخلوط در یک فاز باشند و اجزاء آن قابل تفکیک از یکدیگر نیستند.. بهطور معمول مادهای که به مقدار بیشتری در مخلوط موجود باشد، حلال نامیده میشود. حلال میتواند گاز، مایع و یا جامد باشد. به مواد دیگری که در محلول موجود هستند (به غیر از حلال) حل شونده میگویند. حلال در هر فاز فیزیکی باشد، محلول هم در همان فاز خواهد بود. محلولها نقش بسیار مهمی در مطالعات علمی و تحقیقاتی دارند زیرا اکثر پدیدههای شیمیایی و بیوشیمیایی در فاز محلول انجام میگیرد. سیستم های دوتایی از نقطه نظرهای متعددی حائز اهمیت میباشند خواص شیمی فیزیکی مخلوط دوتایی از دو نقطه نظر نظری و عملی برای درک نظریه مایع اهمیت دارد ]1[. خواص ترمودینامیکی محلولهای مایع دوتایی اغلب براساس توابع اضافی همانند حجم مولار اضافی، آنتالپی اضافی و انرژی گیبس اضافی، مطرح میشوند، مطالعه این خواص ترمودینامیکی و درجه انحراف آن از حالت ایده آل در درک طبیعت بر همکنشهای بین مولکولی میان دو محلول و همچنین به عنوان یک روش کمی و کیفی برای استنباط اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی و نیروهای بین مولکولی بسیار مفید است [3,2].
از میان این خواص ترمودینامیکی، خواصی مانند چگالی، گرانروی، ضریب شکست، وخواص حجمی مرتبط با آن بیشتر مورد بررسی قرار میگیرند زیرا این اطلاعات منعکس کننده رفتار واقعی حل شونده و میزان برهمکنش آن با حلال میباشد که از این دانش میتوان در عملیاتهای مهندسی مانند طراحی، کنترل و بهینهسازی فرایندهای شیمیایی استفاده نمود [4].
اطلاعات چگالی، گرانروی مایعات خالص و مخلوطها به منظور اهداف نظری و عملی حائز اهمیت می‌باشند و از نظر کمی و کیفی در مطالعه جنبههای ترمودینامیک – انتقال مرتبط با جریان مایع و گرما مفید میباشد [5].
سولفولان یک حلال آبگریز دو قطبی، با فرمول مولکولی C4H8SO2 دارای جرم مولکولی 17/120 گرم بر مول میباشد که به شکل مایع خالص بیرنگ است اما در صنعت اغلب در رنگ زرد روشن به علت برهمکنش با هوا می باشد که که بطور وسیع در صنعت نفت برای بازیافت ترکیبات آروماتیک و دیگر ترکیبات آلی با روش استخراج مایع1 بکار میرود و همچنین در استخراج گاز CO_2 برای خالصسازی و تصفیه بخار گاز طبیعی استفاده میشود و برای جزء جزء کردن اسید چرب به اجزای اشباع و غیر اشباع، به عنوان حلال واکنش برای تهیه پیریدین، ایزوسیانات، تهیه دارو و همچنین فرآیند پلیمریزاسیون کاربرد و اهمیت ویژهای دارد [7?6].
کلروبنزن، یک مولکول قطبی است و به عنوان یک ترکیب مهم در سینتیک شیمیایی، در فرایند دارویی و بیولوژیکی”ضد قارچ”، به عنوان ضدعفونی کننده و به طور گستردهای در تهیه حلالهای صنعتی بهکار میرود [9?8].
برومو بنزن مایعی زرد رنگ با بویی معطر که یک هالو بنزن است و به عنوان یک ماده اولیه در ساخت فن سیکلیدین استفاده میشود و همچنین به عنوان حلال صنعتی و یک افزودنی در روغنهای موتور بهکار میرود و همچنین در تولید دارو کاربرد دارد [10].
نیترو بنزن، یک حلال دو قطبی چند منظوره است که برای تحقیقات سینیتیکی و الکتروشیمیایی بهکار میرود که 95% آن در تهیه آنیلین مصرف میشود و همچنین در تهیه لاستیک ، آفتکشها، مواد منفجره، دارو و همچنین به عنوان یک عطر ارزان قیمت در تهیه صابون و موارد بسیار دیگر کاربرد دارد ]13,11[
مروری بر پژوهشهای انجام شده
کریشنا و همکارانش2 در سال 2009 چگالی، گرانروی، مخلوط های دوتایی از سولفولان با آمین آلیفاتیک را در دمای15/308 درجه کلوین و در فشار اتمسفر اندازهگیری کردند و توابع اضافی مربوطه را محاسبه و علامت و بزرگی این کمیتها را در عبارتی از پیوند هیدروژنی و برهمکنشهای دو قطبی دو قطبی بین ترکیبات به بحث گذاشته و مشاهده کردند که حجم مولار اضافی، محلول دو تایی منفی میباشد که ناشی از برهمکنشهای دوقطبی دوقطبی قوی بین ترکیبات میباشد [6].
مطالعات انجام شده توسط پات واری3 و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی و سرعت صوت مخلوطهای دوتایی سولفولان با ایزومرهای استات (اتیل استات، n پروپیل استات و n بوتیل استات) در دماهای مختلف است در این تحقیق توابع اضافی مربوطه محاسبه و دادههای تجربی با معادله ردلیچ کیستر ارتباط داده شده و اثرات ساختاری از جمله تغییرات طول زنجیر در میزان برهمکنش بین مولکولی به بحث گذاشته شد ]14[.
بعلاوه مطالعات صورت گرفته شده توسط شوکلا4 و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی مخلوطهای دوتایی از متانول باکلروبنزن، برومو بنزن در دماهای مختلف که در آن توابع اضافی مربوطه محاسبه و برهمکنشهای بین مولکولی و اثرات ساختاری تشریح گردیدکه بر اساس آن این نتیجه حاصل شد مقادیر منفی حجم مولار اضافی مشاهده شده نشان دهنده برهمکنش دوقطبی دوقطبی قوی بین ترکیبات میباشد [15].
در پژوهشی دیگر چگالی، گرانروی مخلوطهای دوتایی 2- اکتانول با برومو بنزن و کلرو بنزن در دماهای مختلف توسط باهاتیا5 و همکارانش اندازه گیری شده است و توابع اضافی مربوطه تعیین و این نتیجه حاصل شد که مقادیر مثبت حجم مولار اضافی ناشی از برهمکنش بین مولکولی ضعیف بین 2??اکتانول و ترکیبات آروماتیک میباشد [16].
سه عامل اصلی برای بررسی برهمکنشهای بین مولکولی توسط خواص ترمودینامیکی اضافی مخلوطها به شرح زیر است:
برهمکنش فیزیکی: شامل نیروهای پراکندگی و برهمکنش ضعیف واندروالسی و نامساعد بین مولکولهای غیر مشابه
برهمکنش شیمیایی: شامل پیوندهای شیمیایی مثل انتقال الکترون و تشکیل پیوندهای هیدروژنی و برهمکنش خاص دو قطبی-دوقطبی
ساختاری: ناشی از اتصالات هندسی یک جزء به جزء دیگر که به علت تغییرات درون شبکهای ایجاد میشود
در تحقیق انجام شده، ابتدا مقادیر چگالی و گرانروی مخلوطهای دوتایی سولفولان با کلروبنزن، بروموبنزن و نیتروبنزن در دماهای 15/298، 15/303و 15/308 کلوین اندازهگیری شد سپس با استفاده از مقادیر تجربی چگالی و گرانروی هر یک از ترکیبات خالص و مخلوطهایشان در کسرهای مولی مختلف از سولفولان مقادیر حجم مولار اضافی، انحراف گرانروی، حجمهای مولی جزئی، ضریب انبساط پذیری هم فشار و همچنین انرژی آزاد گیبس فعالسازی محاسبه گردید. همه دادههای مربوط به توابع اضافی توسط معادله ردلیچ-کیستر تصحیح و به هم مرتبط گردیدند. همچنین با استفاده از مقادیر تجربی حجم مولار اضافی توسط نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون حجم مولار اضافی پیش بینی شد. سپس با کمک این توابع و رسم منحنیهای مربوط به آنها بر حسب کسر مولی سولفولان، به مطالعه نوع برهمکنشهای بین مولکولی پرداخته شد. همچنین اثرات دما، ترکیب درصد مواد بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دوتایی سولفولان با حل شوندهها بررسی شد.
فصل دوم: مبانی نظری
2-1- گرانروی 6
گرانروی عبارت است از مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش برشی در یک سیال جاری (در حال حرکت)، که لایه‌های مختلف آن نسبت به یکدیگر جابهجا می‌شوند. به ‌مقدار مقاومت لایههای سیال در برابر لغزش روی هم گرانروی سیال می‌گویند. هرچه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز است. گرانروی تابعی از دما و فشار میباشد.
سیال7 مادهای میباشد که تحت اثر یک تنش برشی8، هرچند هم که کوچک باشد، بیوقفه تغییر شکل دهد. ویژگیهای سیالات اساساً وابسته به گرانروی میباشند و به سه دسته کلی طبقه بندی میشوند.
1) سیالات نیوتنی که گرانروی آنها در حین جاری شدن ثابت باقی میماند و مستقل از نیروی برشی اعمالی میباشد و یا به عبارت دیگر رابطه بین تنش برشی و نرخ تغییر شکل خطی میباشد.
2) سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان که گرانروی آنها وابسته به نیروی برشی اعمالی و مستقل از زمان میباشد.
3) سیالات غیر نیوتنی وابسته به زمان که گرانروی آنها وابسته به نیروی برشی اعمالی و زمان میباشد.
گازها و مایعات رقیق عموما سیالاتی نیوتنی و هیدروکربنهای غلیظ با زنجیرهی بلند عموما سیالاتی غیرنیوتنی میباشند.
گرانروی مایعات و گازها هردو با دما و فشار تغییر میکند اما رفتار این متغیرها بر گرانروی متفاوت میباشد. با افزایش دما، گرانروی گازها افزایش مییابد اما گرانروی مایعات کاهش مییابد. این تفاوت را میتوان با بررسی عوامل موثر بر گرانروی سیال توضیح داد. گرانرو بودن سیالات ناشی از دو عامل است؛ نیروی جاذبه مولکولی و تبادل اندازه حرکت مولکولی9. در مایعات فاصلهی مولکولها بسیار نزدیکتر از گازها است بنابراین نیروی جاذبه مولکولی در مایعات بیشتر از گازها میباشد. به نظر میرسد که عامل اصلی گرانرو بودن مایعات، نیروی جاذبه مولکولی باشد. حال از آنجا که با افزایش دما نیروی جاذبه مولکولی کاهش مییابد، گرانروی مایعات نیز کاهش مییابد. اما در گازها جاذبه مولکولی بسیار کم است و مقاومت گازها به تنش برشی عمدتا ناشی از تبادل اندازه حرکت مولکولی است.
گرانروی به دو صورت متمایز بیان میگردد:
الف) گرانروی دینامیکی10
ب) گرانروی ایستایی یا سینماتیکی11
گرانروی دینامیکی یا برشی یک سیال مقاومت آن در برابر جریان برشی تعریف میشود جایی که لایههای مجاور موازی با یکدیگر با سرعتهای مختلف حرکت میکنند و میتوان آن را از طریق وضعیت ایده آل شده به عنوان یک جریان طبیعی شناخت که در آن یک لایه مایع بین دو صفحه افقی یکی ثابت و یکی افقی در حال حرکت با سرعت ثابت u به دام افتاده است. اگر سرعت صفحه بالا به اندازه کافی کوچک باشد ذرات سیال موازی با آن حرکت نموده و سرعت آن بطور خطی از صفر در پایین تا u در بالای صفحه متغییر خواهد بود. هر یک از لایههای مایع سریع تر از لایه زیرین آن حرکت میکند و اصطکاک بین آنها باعث افزایش نیروی مقاومت در برابر حرکت نسبیشان میشود. به طور خاص، مایع در صفحه بالا نیرویی در جهت مخالف حرکت خود و برابر ولی مخالف به صفحه پایین اعمال میکند. بنابراین یک نیروی خارجی برای نگه داشتن صفحه بالا در حال حرکت در سرعت ثابت مورد نیاز است.
.
(شکل 2-1). سیالی که بین دو صفحه جریان دارد
و این نیرو که باF نمایش داده می شود با سرعت u و نقطه ای از هر صفحه و بطور معکوس با dy متناسب است بصورتی که می توان نوشت
(2-1) ) ? = F/A تنش برشی
(2-2) ? = ? du/dy
گرانروی سینماتیکی نسبت گرانروی دینامیکی به چگالی سیال در دما و فشار ثابت میباشد که بصورت زیر نمایش داده میشود
(2-3) ?= ?/?
2-1-1- واحدهای گرانروی
در سیستم بین المللی آحاد و ارقام (SI) واحدهای گرانروی دینامیکی؛ N.s/m2 و Pa.s یا Kg/m.s میباشد که داریم:
= 1 N.s/m2 = 1 Kg/m.s Pa.s 1
در سیستم متریک (CGS) واحدهای گرانروی دینامیکی؛ g/cm·s وdyne·s/cm2 یا پواز12 میباشد که داریم :
1 poise = 1 dyne·s/cm2 = 1 g/cm·s = 1/10 Pa·s
در سیستم SI برای گرانروی سینماتیکی از استوک13 St و یا m2/s استفاده میشود. که رابطه بین آن ها بصورت 1 St = 10-4 m2/s میباشد. از آنجا که استوک واحد نسبتا بزرگی میباشد آن را بر100 تقسیم میکنند که این واحد بدست آمده سانتی استوک مینامند:
1 St = 100 cSt , 1 cSt = 10-6 m2/s
2-1-2- روش های اندازه گیری گرانروی
2-1-2-1-گرانرومتراستوالد14
در گرانرومتر استوالد زمان لازم برای اینکه مایع از بالا به درون یک لوله موئین جریان یافته به سطح خاصی برسد اندازه گرفته می‌شود (شکل2-2). در این روش مایع مورد نظر از داخل لوله حبابدار عبور میکند و زمان t جهت رسیدن سطح مایع از نقطهF به نقطه E اندازه گیری میشود .سپس گرانرومتر با یک مایع با گرانروی معلوم و با همان حجم قبلی پر و دوباره زمان t اندازه گیری میشود. این روش برای اندازهگیری مایعات با گرانروی پایین بهکار برده میشود و رابطه مورد استفاده عبارت است از:
(2-4) . ?_a/?_b =?_(at_a )/?_(bt_b )
در رابطه بالا پارامترها به صورت زیر تعریف میشوند:
چگالی ماده مورد نظر= ?_a گرانروی ماده مورد نظر=?_?(a@)
چگالی آب خالص=?_b گرانروی آب خالص= ?_b
شکل (2-2) گرانرومتر استوالد
2-1-2-2- روش استوک15(سقوط گلوله)
روش دیگر برای تعیین گرانروی یک مایع اندازهگیری سقوط یک جسم جامد کروی داخل یک مایع است. این روش برای مایعات ویسکوز، مانند هیدروکربورهای روغنی، بهکار میرود که اساس آن را رابطه استوک تشکیل میدهد. گلوله کروی را داخل یک مایعی که در یک استوانه مرتفع قرار دارد وارد میکنند و زمان لازم برای سقوط گلوله را داخل مایع بین دو نقطه بهدست میآورند. در تعیین گرانروی به روش سقوط گلوله ترجیح داده میشود که گرانروی یک نمونه مجهول نسبت به گرانروی معلوم یک نمونه شاهد تعیین شود. برای این منظور سرعت عبور گلوله یکسانی را در دو نمونه مجهول و نمونه شاهد بهدست میآورند. بدیهی است گرانروی هر مایع با زمان سقوط و چگالی های گلوله و مایع (?^? و ? ) متناسب میباشد.
شکل (2-3) دستگاه اندازه گیری گرانروی با روش استوک
بدین ترتیب برای دو مایع که در شرایط کاملاً مشابه مورد آزمایش قرار میگیرند میتوان نوشت:
(2-5) ?_1/?_2 =((?^?-?_1)t_1)/((?^?-?_2)t_2 )
?=??_2 ?,??_1چگالی دو مایع مورد آزمایش
??=t?_(2,) t?_1زمان سقوط گلوله در دو مایع بهکار گرفته
2-1-2-3- دستگاه گرانرومتر شات- گراته16
برای اندازه گیری گرانروی ترکیبات خالص و مخلوط ها از این دستگاه استفاده میشود. توسط این دستگاه گرانروی سینماتیک از رابطه زیر محاسبه میشود.
(2-6) t . ? = K
K= ثابت گرانرومتر t =زمان سقوط مایع
شکل (2-4) گرانرومتر شات گراته
2-2- چگالی
چگالی عبارتست از مقدار جرم موجود در واحد حجم، که دارای دیما نسیونهای kg/m3 ، gr/cm3 و یا Ibm/ft3، میباشد و برای تعیین آن باید حجم جرم مورد نظر را بهدست آورد. چگالی یا جرم مخصوص، یکی از مشخصههای مواد، بهویژه مایعات است و اندازهگیری دقیق آن برای کاربردهای صنعتی و پژوهشی ضروری میباشد.
برای محاسبه چگالی مایعات در یک نقطه، حجم کوچکی در اطراف نقطه مورد نظردر نظر میگیریم؛ سپس جرم سیال داخل این حجم یعنی ?m را به حجم مزبور یعنی ?v تقسیم میکنیم و سپس حد این نسبت را هنگامی که ?v به سمت ? میل میکند، بهدست میآوریم. ? طول بسیار کوچکی است، اما در مقایسه با فاصله متوسط مولکولها بزرگ است.
(2-7) ? = lim?(?v?? ?)???m/?v?
(2-8) ? = M / V
چگالی مایعات و جامدات در شرایط معمولی مستقل از فشار است ولی با دما تغییر میکند اما در مورد گازها فشار بر چگالی آنها موثر میباشد.
روشهای زیادی برای اندازهگیری چگالی وجود دارد که اندازهگیری چگالی به روش رزونانس، پیکنومتری17، شناورسازی، هیدراستاتیک (هیدرومتری) و استفاده از تشعشعات از جمله این موارد میباشند ]17[.
2-2-1- استفاده از پیکنومتر
پیکنومتر یک بالن ویژه میباشد که برای اندازه گیری چگالی مایعات و جامدات بهکار می رود. انواع خصوصیات و روش کاربرد پیکنومترها به وسیله لواین و بائر18 بیان شده است ]18[.
اندازه گیری چگالی با استفاده از پیکنومتر روشی است که به زمان زیاد و دقت بالایی نیاز دارد. برای اندازهگیری چگالی به پیکنومتر، ابتدا پیکنومتر را کالیبره کرده حجم دقیق آن را بهدست میآوریم. چگالی را با استفاده از حجم پیکنومتر و جرم مایعات موجود در پیکنومتر، با توجه به اینکه حجم مایعات برابر با حجم پیکنومتر میباشد محاسبه میکنند. لازم به ذکر است که قبل از شروع اندازه گیری میبایست دمای محلول داخل پیکنومتر را به دمایی که اندازه گیری در آن انجام میشود، برسانیم. برای این کار، پیکنومتر حاوی محلول را برای هر بار اندازهگیری به مدت 15-10 دقیقه در حمام آبی که دمای آن توسط ترموستات ثابت نگه داشته شده است، قرار داده و سپس اندازه گیری میشود ]19.[ حجم آن معمولا با سه رقم اعشار بر روی آن مشخص شده است.
شکل(2-5)- پیکنومتر پر شده با مایع رنگی
2-2-2-چگالی سنج دیجیتالی آنتون پار
دستگاه چگالی سنج آنتون پار یکی از رایجترین انواع چگالی سنج دیجیتالی میباشد که به میزان زیاد مورد استفاده قرار میگیرد. این دستگاه ، دارای یک سل U شکل با حجم مشخص میباشد که با انجام حرکات نوسانی چگالی نمونه مورد نظر را اندازهگیری میکند.
این دستگاه قبل از شروع نمونه برداری باید کالیبره گردد، که کالیبراسیون آن توسط آب و هوا انجام میپذیرد. در هنگام کالیبراسیون توسط آب نباید هیچگونه حباب هوایی در مسیر لوله U شکل باقی بماند.. بعد از شستشو و خشک کردن و فرایند کالیبراسیون و تنظیم دمای سل، دستگاه برای اندازهگیری آماده میباشد و نمونه مورد نظر توسط پمپ خلا به درون دستگاه مکش میگردد و اندازهگیری صورت میپذیرد.
در بررسی انواع روشها، مشخص شده است که فرکانس طبیعی لولههای U شکل که از نمونه پر شده باشند، به سادگی بهصورت کمی قابل اندازهگیری است. فرکانس طبیعی نهتنها از خواص مکانیکی لوله در حال ارتعاش میباشد، بلکه به چگالی ماده پر شده در لوله نیز وابسته است. جهت نوسان بر سطح لوله U شکل عمود است. حجم نوسانکننده V توسط نقاط مورد نظر که ثابت هستند محدود میگردد. در درجه حرارت ثابت، چگالی میتواند از دامنه نوسان با در نظر گرفتن یک لوله خالی با جرم M و یک ثابت نوسان مشخص، محاسبه گردد. فرکانس طبیعی این سیستم جرمی با رابطه زیر محاسبه میشود[20]:
(2-9) (C ثابت کشسانی فنر)T = 2? ?((M+ ?V)/C)
(2-10)f = 1/2 ?(C/(M+ ?V))
(2-11)? = T2. C/(4?^2 V) – M/V = AT2 – B
(2-12)A = C/(4?^2 V)
(2-13)B = M/V
ثابتهای B وA ، ثابتهای نوسان نوسانگر میباشند. جرم لوله خالی ، حجم نمونه داخل نوسانگر و دوره نوسان به ترتیب M ، V و T میباشند. A و B برای هر نوسانگر اختصاصی ثابت میباشند که با اندازهگیری دامنه در زمانی که نوسانگر با مواد شناخته شده مانند هوا و آب پر شده باشد، تعیین میگردند.
اصول تکنیک:
اندازهگیری دقیق چگالی بر اساس تعیین فرکانس طبیعی است که به طور الکترونیکی تحریک شده باشد و بصورت نوسانگر مکانیکی میباشد که جرم موثر آن از جرم ناشناخته خودش و جرم کاملا معین ولی ناشناخته حجم نمونه مورد بررسی، تشکیل شده است. به عبارت دیگر برای اطمینان از این که حجم خیلی خوب معین شده است، نوسانگر از یک لوله U شکل میان تهی تشکیل شده است که میتواند با نمونه مایع پر گردد. تصویر آن در شکل (2-6) نشان داده شده است :

شکل (2-6). تصویر لوله u شکل
مدل ارتعاش در نوسانگر نیز نشان داده شده است (شکل2-7). موقعیت برآمدهگیها که در حقیقت تعیین کننده محدوده حجم نمونهای است که در این حرکت مشارکت دارد، توسط تغییر ناگهانی در بخش عرضی لولههای شیشهای کاملا پایدار شده است.
بهعلاوه حجمهای اصلی نمونه در نزدیکی برآمدگیها، موجب کاهش مشارکت در جرم کل نمونه میگردد. بنابراین نزدیک برآمدگیها میزان نوسانات کاهش یافته و تغییرات کوچک در مکانهای برآمدگیها تاثیری در حجم نمونه ندارد. شکل (2-7) جهت تعیین سطح ارتعاش انتخاب شده است. بنابراین احتمال یک ارتعاش بیضوی با یک رزونانس مبهم حذف میگردد. به علاوه U شکل بودن سل، پر شدن و روشهای شستشو را آسان مینماید و اجازه میدهد اندازهگیری چگالی بر روی نمونههای جاری انجام پذیرد. در یک ناحیه فرکانسی کوچک، حرکت نوسانگر ممکن است توسط یک مدل ساده فنر توصیف شود.
شکل (2-7). ارتعاش نوسانگر
جرم کل m برابر است با m = m0 + ?v که m0 جرم ارتعاش کننده خالی است و ? چگالی نمونه و v حجم نمونه است که در این اندازهگیری مشارکت دارد. تصور کنید که برای جرم m ، یک ارتعاش بدون کاهش نوسان اجرا گردد (نیروی کشسانی cx و نیروی دینامیک mx در حال تعادل هستند). فرکانس ارتعاش کننده19، توسط رابطه زیر به دست میآید:
(2-14)2?f = ?(C/m) = ?(C/(m_0 + ?v))
که C ثابت کشسانی و m جرم کل میباشد.
که از رابطه بالا میتوان چگالی نمونه، ? را بدست آورد :
(2-15)? = AT2 – B
T = 1/f (دوره نوسان20)، A و B ثابتهایی هستند که محتوی ?، m0 و v میباشند.
2-3-ترمودینامیک محلول ها
خواص ترمودینامیکی محلولها به دلایل زیر از اهمیت ویژهای برخوردار است:
مطالعه خواص ترمودینامیکی به ویژه خواص اضافی، یک روش کمی برای اثبات اطلاعات موجود درباره ساختار مولکولی و نیروی بین مولکولی در مخلوطهای مایع است
برای شناخت و طراحی وسایل صنعتی با دقت بیشتر
برای تست مدلها و نظریههای مربوط به محلولها و بهبود نظریههای مربوط به آنها


پاسخ دهید